TW202009991A - P型氮化鎵系半導體之製造方法及熱處理方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種能夠使p型摻雜劑以高效率活化之技術。
向氮化鎵(GaN)基板注入鎂作為p型摻雜劑。於包含氮及氫之氣氛中利用來自鹵素燈之光照射，將該GaN基板進行預加熱，進而利用來自閃光燈之閃光照射，極短時間內將其加熱至高溫。藉由於包含氮及氫之氣氛中將GaN基板加熱，便可補充已脫離之氮，防止氮缺乏。又，可一面向GaN基板供給氫一面進行加熱處理。進而，可使GaN基板中存在之結晶缺陷恢復。作為該等結果，可使注入至GaN基板之p型摻雜劑以高效率活化。
Description
本發明係關於一種使注入至氮化鎵(GaN)基板之p型摻雜劑活化之p型氮化鎵系半導體之製造方法及熱處理方法。
氮化鎵系化合物作為發出藍色光之發光元件受到關注，並且作為用於電力轉換之功率器件之基礎材料亦受到期待。例如於專利文獻1中揭示有一種使添加至氮化鎵系化合物之雜質活化，製造氮化鎵系化合物半導體之方法。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2007-42898號公報
[發明所欲解決之問題]
亦如專利文獻1中揭示那樣，對於n型氮化鎵系半導體，使氮化鎵系化合物中含有作為n型摻雜劑之矽(Si)等，藉此，能夠相對容易地使摻雜劑活化，獲得高品質之n型氮化鎵系半導體。另一方面，對於p型氮化鎵系半導體，僅使氮化鎵系化合物中含有僅作為p型摻雜劑之鎂(Mg)等，則無法製造與n型氮化鎵系半導體相同程度之高品質半導體。其原因在於，氮化鎵系化合物中之p型摻雜劑之活化率較低。
本發明係鑒於上述問題研製而成，目的在於提供一種能夠使p型摻雜劑以高效率活化之技術。
[解決問題之技術手段]
為解決上述問題，技術方案1之發明係一種p型氮化鎵系半導體之製造方法，其特徵在於具備：注入工序，其係向氮化鎵基板注入p型摻雜劑；及加熱工序，其係於包含氮及氫之氣氛中，以未達1秒之照射時間向上述基板照射閃光，加熱上述基板。
又，技術方案2之發明係技術方案1之發明之p型氮化鎵系半導體之製造方法，其中上述包含氮及氫之氣氛為氨氣氛。
又，技術方案3之發明係技術方案1之發明之p型氮化鎵系半導體之製造方法，其中上述包含氮及氫之氣氛為合成氣體氣氛。
又，技術方案4之發明係一種熱處理方法，其特徵在於具備：搬入工序，其係將注入有p型摻雜劑之氮化鎵基板搬入至腔室內；氣氛形成工序，其係於上述腔室內形成包含氮及氫之氣氛；及光照射工序，其係以未達1秒之照射時間向上述基板照射閃光，加熱上述基板。
又，技術方案5之發明係技術方案4之發明之熱處理方法，其中上述包含氮及氫之氣氛為氨氣氛。
又，技術方案6之發明係技術方案4之發明之熱處理方法，其中上述包含氮及氫之氣氛為合成氣體氣氛。
[發明之效果]
根據技術方案1至技術方案3之發明，於包含氮及氫之氣氛中，以未達1秒之照射時間向注入有p型摻雜劑之氮化鎵基板照射閃光，加熱基板，因此，可一面抑制來自基板之氮之缺乏，一面向基板供給氫，進行加熱處理，從而可使p型摻雜劑以高效率活化。
根據技術方案4至技術方案6之發明，於包含氮及氫之氣氛中，以未達1秒之照射時間向注入有p型摻雜劑之氮化鎵基板照射閃光，加熱基板，因此，可一面抑制來自基板之氮之缺乏，一面向基板供給氫，進行加熱處理，從而可使p型摻雜劑以高效率活化。
以下，一面參照圖式一面對本發明之實施形態詳細地進行說明。
首先，對用以實施本發明之熱處理方法之熱處理裝置進行說明。圖1係表示實施本發明之熱處理方法時使用之熱處理裝置1之構成之縱剖視圖。圖1之熱處理裝置1係藉由對氮化鎵基板(GaN基板)W進行閃光照射而加熱該GaN基板W之閃光燈退火裝置。再者，於圖1及以下各圖中，為了容易理解，而根據需要將各部分之尺寸或數量誇大或簡化描繪。
熱處理裝置1具備：收容GaN基板W之腔室6、內置複數個閃光燈FL之閃光加熱部5、及內置複數個鹵素燈HL之鹵素加熱部4。於腔室6之上側設置有閃光加熱部5，並且於下側設置有鹵素加熱部4。又，熱處理裝置1於腔室6之內部，具備將GaN基板W保持為水平姿勢之保持部7、及於保持部7與裝置外部之間進行GaN基板W交接之移載機構10。進而，熱處理裝置1具備控制部3，該控制部3對鹵素加熱部4、閃光加熱部5及設置於腔室6中之各動作機構進行控制，執行GaN基板W之熱處理。
腔室6係於筒狀之腔室側部61之上下安裝石英製之腔室窗而構成。腔室側部61具有上下開口之大致筒形狀，且於上側開口安裝上側腔室窗63而封閉，於下側開口安裝下側腔室窗64而封閉。構成腔室6之頂壁部之上側腔室窗63係由石英形成之圓板形狀構件，且作為使自閃光加熱部5出射之閃光透過腔室6內之石英窗發揮功能。又，構成腔室6之底板部之下側腔室窗64亦為由石英形成之圓板形狀構件，且作為使來自鹵素加熱部4之光透過腔室6內之石英窗發揮功能。
又，於腔室側部61之內側壁面之上部安裝有反射環68，於下部安裝有反射環69。反射環68、69均形成為圓環狀。上側之反射環68係藉由自腔室側部61之上側嵌入而安裝。另一方面，下側之反射環69係藉由自腔室側部61之下側嵌入並利用省略圖示之螺釘進行固定而安裝。即，反射環68、69均裝卸自如地安裝於腔室側部61。腔室6之內側空間、即由上側腔室窗63、下側腔室窗64、腔室側部61及反射環68、69包圍之空間被規定為熱處理空間65。
藉由於腔室側部61安裝反射環68、69，而於腔室6之內壁面形成凹部62。即，形成由腔室側部61之內壁面中未安裝反射環68、69之中央部分、反射環68之下端面、及反射環69之上端面包圍之凹部62。凹部62係於腔室6之內壁面沿著水平方向形成為圓環狀，且環繞保持GaN基板W之保持部7。腔室側部61及反射環68、69係由強度及耐熱性優異之金屬材料(例如不鏽鋼)所形成。
又，於腔室側部61配設有用以對腔室6進行GaN基板W搬入及搬出之搬送開口部(爐口)66。搬送開口部66可藉由閘閥185進行開關。搬送開口部66連通連接於凹部62之外周面。因此，於閘閥185打開搬送開口部66時，可自搬送開口部66穿過凹部62，進行GaN基板W向熱處理空間65搬入及GaN基板W自熱處理空間65搬出。又，當閘閥185將搬送開口部66關閉時，腔室6內之熱處理空間65成為密閉空間。
又，於腔室側部61鑽孔設置有貫通孔61a。於腔室側部61之外壁面設有貫通孔61a之部位安裝有放射溫度計20。貫通孔61a係用以將自保持於下述基座74之載置板91之下表面放射之紅外光引導至放射溫度計20之圓筒狀孔。貫通孔61a係以其貫通方向之軸與基座74之主面相交之方式，相對於水平方向傾斜地設置。於貫通孔61a之面向熱處理空間65之側之端部安裝有透明窗21，該透明窗21包含使放射溫度計20能夠測定之波長區域之紅外光透過之氟化鋇材料。
又，於腔室6之內壁上部配設有向熱處理空間65供給處理氣體之氣體供給孔81。氣體供給孔81配設於較凹部62更靠上側位置，且可設置於反射環68。氣體供給孔81經由圓環狀形成於腔室6之側壁內部之緩衝空間82而與氣體供給管83連通連接。氣體供給管83連接於處理氣體供給源85。又，於氣體供給管83之路徑中途插入閥84。當閥84打開時，自處理氣體供給源85向緩衝空間82饋送處理氣體。流入緩衝空間82之處理氣體以於流體阻力小於氣體供給孔81之緩衝空間82內擴散之方式流動，自氣體供給孔81對熱處理空間65內供給。作為處理氣體，例如可使用氨(NH3
)、或作為氫(H2
)與氮(N2
)之混合氣體之合成氣體。又，處理氣體供給源85亦可將作為惰性氣體之氮氣供給至熱處理空間65。
另一方面，於腔室6之內壁下部配設有將熱處理空間65內之氣體排出之氣體排氣孔86。氣體排氣孔86配設於較凹部62更靠下側位置，且亦可設置於反射環69。氣體排氣孔86經由圓環狀形成於腔室6之側壁內部之緩衝空間87而與氣體排氣管88連通連接。氣體排氣管88連接於排氣部190。又，於氣體排氣管88之路徑中途插入閥89。當閥89打開時，熱處理空間65之氣體自氣體排氣孔86經過緩衝空間87向氣體排氣管88排出。再者，氣體供給孔81及氣體排氣孔86既可沿著腔室6之圓周方向設置複數個，亦可為狹縫狀。又，處理氣體供給源85及排氣部190既可為設置於熱處理裝置1之機構，亦可為供設置熱處理裝置1之工廠之實體。
又，亦於搬送開口部66之前端連接有將熱處理空間65內之氣體排出之氣體排氣管191。氣體排氣管191經由閥192而與排氣部190連接。藉由將閥192打開，而經由搬送開口部66將腔室6內之氣體進行排氣。
圖2係表示保持部7之整體外觀之立體圖。保持部7係具備基台環71、連結部72及基座74而構成。基台環71、連結部72及基座74均由石英所形成。即，保持部7整體由石英形成。
基台環71係圓環形狀缺失一部分而成之圓弧形狀之石英構件。該缺失部分係為了防止下述移載機構10之移載臂11與基台環71干涉而設置。基台環71藉由載置於凹部62之底面而支持於腔室6之壁面(參照圖1)。於基台環71之上表面沿著其圓環形狀之圓周方向豎立設置複數個連結部72(本實施形態中為4個)。連結部72亦為石英構件，且藉由焊接固定於基台環71。
基座74由設置於基台環71之4個連結部72支持。圖3係基座74之俯視圖。又，圖4係基座74之剖視圖。基座74具備保持板75、導環76及複數個支持銷77。保持板75係由石英形成之大致圓形之平板狀構件。保持板75之直徑大於GaN基板W之直徑。即，保持板75具有比GaN基板W大之平面尺寸。
於保持板75之上表面周緣部設置有導環76。導環76係具有比載置GaN基板W之載置板91(參照圖9)之直徑大之內徑之圓環形狀構件。例如，於載置板91之直徑為
300 mm之情形時，導環76之內徑為320 mm。導環76之內周設為如自保持板75朝向上方擴大之傾斜面。導環76由與保持板75相同之石英形成。導環76既可熔接於保持板75之上表面，亦可藉由另行加工之銷等固定於保持板75。或者，亦可將保持板75與導環76加工為一體構件。
保持板75之上表面中較導環76更靠內側之區域設為保持載置有GaN基板W之載置板91之平面狀之保持面75a。於保持板75之保持面75a豎立設置有複數個支持銷77。於本實施形態中，沿著與保持面75a之外周圓(導環76之內周圓)為同心圓之圓周上每隔30°豎立設置共計12個支持銷77。配置12個支持銷77之圓之直徑(對向之支持銷77間之距離)小於載置板91之直徑，若載置板91之直徑為300 mm，則該圓之直徑為270 mm～280 mm(本實施形態中為270 mm)。各個支持銷77由石英形成。複數個支持銷77既可藉由焊接而設置於保持板75之上表面，亦可與保持板75一體地加工。
返回圖2，豎立設置於基台環71之4個連結部72與基座74之保持板75之周緣部係藉由焊接而固定。即，基座74與基台環71係藉由連結部72而固定地連接。藉由將此種保持部7之基台環71支持於腔室6之壁面，而將保持部7安裝於腔室6。於保持部7被安裝於腔室6之狀態下，基座74之保持板75成為水平姿勢(法線與鉛直方向一致之姿勢)。即，保持板75之保持面75a成為水平面。
載置有GaN基板W之載置板91係以水平姿勢載置於安裝於腔室6之保持部7之基座74上得到保持。此時，載置板91被保持板75上豎立設置之12個支持銷77支持，保持於基座74。更嚴格而言，12個支持銷77之上端部與載置板91之下表面接觸，支持該載置板91。12個支持銷77之高度(自支持銷77之上端至保持板75之保持面75a為止之距離)均一，因此可藉由12個支持銷77以水平姿勢支持載置板91。
又，載置板91由複數個支持銷77自保持板75之保持面75a隔開固定間隔地支持。導環76之厚度大於支持銷77之高度。因此，藉由導環76防止由複數個支持銷77支持之載置板91之水平方向之位置偏移。
又，如圖2及圖3所示，於基座74之保持板75上下貫通地形成有開口部78。開口部78係為了放射溫度計20接收自載置板91之下表面放射之放射光(紅外光)而設置。即，放射溫度計20經由開口部78及安裝於腔室側部61之貫通孔61a之透明窗21接收自載置板91之下表面放射之光，測定該載置板91之溫度。進而，於基座74之保持板75鑽孔設置有下述移載機構10之頂起銷12為交接載置板91而貫通之4個貫通孔79。
圖5係移載機構10之俯視圖。又，圖6係移載機構10之側視圖。移載機構10具備2條移載臂11。移載臂11設為如沿著大致圓環狀之凹部62般之圓弧形狀。於各個移載臂11豎立設置有2根頂起銷12。移載臂11及頂起銷12由石英形成。各移載臂11設為可藉由水平移動機構13進行旋動。水平移動機構13使一對移載臂11於對保持部7進行載置板91移載之移載動作位置(圖5之實線位置)與俯視下不與保持於保持部7之載置板91重疊之退避位置(圖5之雙點鏈線位置)之間作水平移動。作為水平移動機構13，既可藉由各自獨立之電動機使各移載臂11分別旋動，亦可使用連桿機構藉由1個電動機使一對移載臂11連動而旋動。
又，一對移載臂11係藉由升降機構14而與水平移動機構13一同地升降移動。當升降機構14使一對移載臂11於移載動作位置上升時，共計4根頂起銷12通過鑽孔設置於基座74之貫通孔79(參照圖2、3)，頂起銷12之上端自基座74之上表面突出。另一方面，當升降機構14使一對移載臂11於移載動作位置下降，將頂起銷12自貫通孔79拔出，水平移動機構13使一對移載臂11以打開之方式移動時，各移載臂11移動至退避位置。一對移載臂11之退避位置係保持部7之基台環71之正上方。基台環71載置於凹部62之底面，因此，移載臂11之退避位置成為凹部62之內側。再者，亦於移載機構10之設置有驅動部(水平移動機構13及升降機構14)之部位附近，設置有省略圖示之排氣機構，且構成為將移載機構10之驅動部周邊之氣氛排出至腔室6之外部。
返回圖1，設置於腔室6之上方之閃光加熱部5係於殼體51之內側具備包括複數根(本實施形態中為30根)氙氣閃光燈FL之光源、及以覆蓋該光源上方之方式設置之反射器52而構成。又，於閃光加熱部5之殼體51之底部安裝有燈光放射窗53。構成閃光加熱部5之底板部之燈光放射窗53係由石英形成之板狀石英窗。藉由將閃光加熱部5設置於腔室6之上方，燈光放射窗53與上側腔室窗63相互對向。閃光燈FL自腔室6之上方經由燈光放射窗53及上側腔室窗63向熱處理空間65照射閃光。
複數個閃光燈FL係分別具有長條圓筒形狀之棒狀燈，且以各自之長邊方向沿著保持部7所保持之GaN基板W之主面(即沿著水平方向)相互平行之方式平面狀排列。因此，藉由閃光燈FL之排列而形成之平面亦為水平面。被排列複數個閃光燈FL之區域大於GaN基板W之平面尺寸。
氙氣閃光燈FL具備：圓筒形狀之玻璃管(放電管)，其內部被封入氙氣，且其兩端部配設有與電容器連接之陽極及陰極；及觸發電極，其附設於該玻璃管之外周面上。由於氙氣係電性絕緣體，故而即使電容器中儲存有電荷，於通常狀態下電亦不流進玻璃管內。然而，於對觸發電極施加高電壓，擊穿絕緣之情形時，電容器中儲存之電瞬間流進玻璃管內，藉由此時之氙氣之原子或分子之激發而釋出光。於此種氙氣閃光燈FL中，具有如下特徵：由於預先儲存於電容器中之靜電能量被轉換成0.1毫秒至100毫秒此種極短之光脈衝，故而與鹵素燈HL這般之連續點亮之光源相比能夠照射極強之光。即，閃光燈FL係以未達1秒之極短之時間瞬間地發光之脈衝發光燈。再者，閃光燈FL之發光時間可根據對閃光燈FL進行電力供給之燈電源之線圈常數進行調整。
又，反射器52係於複數個閃光燈FL之上方以覆蓋該等複數個閃光燈FL整體之方式設置。反射器52之基本功能係將自複數個閃光燈FL出射之閃光反射至熱處理空間65側。反射器52由鋁合金板形成，且其表面(面向閃光燈FL側之面)藉由噴砂處理而實施表面粗糙化加工。
設置於腔室6之下方之鹵素加熱部4於殼體41之內側內置有複數根(本實施形態中為40根)鹵素燈HL。鹵素加熱部4藉由複數個鹵素燈HL自腔室6之下方經由下側腔室窗64對熱處理空間65進行光照射，將GaN基板W加熱。
圖7係表示複數個鹵素燈HL之配置之俯視圖。40根鹵素燈HL分為上下2層而配置。於靠近保持部7之上層配置20根鹵素燈HL，並且亦於較上層距離保持部7更遠之下層配設有20根鹵素燈HL。各鹵素燈HL係具有長條圓筒形狀之棒狀燈。上層、下層均為20根之鹵素燈HL係以各自之長邊方向沿著由保持部7保持之GaN基板W之主面(即沿著水平方向)相互平行之方式排列。因此，上層、下層均利用鹵素燈HL之排列而形成之平面為水平面。
又，如圖7所示，上層、下層均為相比與被保持部7保持之載置板91之中央部對向之區域，與周緣部對向之區域中鹵素燈HL之配設密度更高。即，上下層均為與燈排列之中央部相比，周緣部之鹵素燈HL之配設間距更短。因此，可對來自鹵素加熱部4之光照射進行加熱時容易產生溫度降低之載置板91之周緣部進行更多之光量照射。
又，包括上層之鹵素燈HL之燈組與包括下層之鹵素燈HL之燈組以格子狀交叉之方式排列。即，以配置於上層之20根鹵素燈HL之長邊方向與配置於下層之20根鹵素燈HL之長邊方向相互正交之方式配設有共計40根鹵素燈HL。
鹵素燈HL係藉由向配設於玻璃管內部之燈絲通電而使燈絲白熱化進行發光之燈絲方式之光源。於玻璃管之內部封入有對氮或氬等惰性氣體微量導入鹵素元素(碘、溴等)而成之氣體。藉由導入鹵素元素，可抑制燈絲之折損，同時將燈絲之溫度設定為高溫。因此，鹵素燈HL具有與通常之白熾燈泡相比使用壽命較長且能夠連續地照射強光之特徵。即，鹵素燈HL係連續發光至少1秒以上之連續點亮燈。又，鹵素燈HL係棒狀燈，所以使用壽命長，藉由將鹵素燈HL沿著水平方向配置，對上方載置板91之放射效率變得優異。
又，亦於鹵素加熱部4之殼體41內，於2層鹵素燈HL之下側設置有反射器43(圖1)。反射器43將自複數個鹵素燈HL出射之光反射至熱處理空間65側。
控制部3控制設置於熱處理裝置1之上述各種動作機構。作為控制部3之硬體之構成與一般電腦相同。即，控制部3具備作為進行各種運算處理之電路之CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)、作為記憶基本程式之讀出專用記憶體之ROM(Read Only Memory，唯讀記憶體)、作為記憶各種資訊之讀寫自由之記憶體之RAM(Random Access Memory，隨機存取記憶體)及預先記憶控制用軟體或資料等之磁碟。控制部3之CPU藉由執行特定之處理程式而進行熱處理裝置1中之處理。
除上述構成以外，熱處理裝置1還具備各種冷卻用構造，以防止因GaN基板W之熱處理時自鹵素燈HL及閃光燈FL產生之熱能引起之鹵素加熱部4、閃光加熱部5及腔室6之過度升溫。例如，於腔室6之壁體設置有水冷管(省略圖示)。又，鹵素加熱部4及閃光加熱部5設為於內部形成氣流進行排熱之空氣冷卻構造。又，亦對上側腔室窗63與燈光放射窗53之間隙供給空氣，將閃光加熱部5及上側腔室窗63冷卻。
其次，對本發明之p型氮化鎵系半導體之製造方法進行說明。圖8係表示本發明之p型氮化鎵系半導體之製造方法之順序之流程圖。首先，對於成為處理對象之GaN基板W，使用公知之離子注入法注入作為p型摻雜劑之鎂(Mg)(步驟S1)。p型摻雜劑之注入係使用與熱處理裝置1不同之離子注入裝置而進行。又，p型摻雜劑之注入條件(摻雜量、注入能量等)並無特別限定，可設為適宜值。又，亦可為將p型摻雜劑注入時之GaN基板W之溫度設為高溫之所謂高溫注入。
成為處理對象之GaN基板W係直徑約50 mm(2英吋)之圓板形狀之氮化鎵晶圓，與典型之矽半導體晶圓(直徑300 mm)相比明顯較小。因此，於本實施形態中，於將GaN基板W載置於載置板91之狀態下利用熱處理裝置1進行處理。圖9係表示將GaN基板W載置於載置板91之狀態之圖。載置板91係直徑300 mm之圓板形狀之構件。載置板91例如由碳化矽(SiC)形成。於載置板91之上表面中央部配設有直徑約50 mm之圓形凹部，且於該凹部將GaN基板W以嵌入之方式載置。然後，藉由熱處理裝置1對載置於載置板91之狀態之GaN基板W進行熱處理。載置板91之尺寸與典型之矽半導體晶圓為相同程度，因此，可利用處理矽半導體晶圓之熱處理裝置1來進行GaN基板W之熱處理。以下，對熱處理裝置1中之GaN基板W之熱處理進行說明。以下說明之熱處理裝置1之處理順序係藉由控制部3控制熱處理裝置1之各動作機構而進行。
首先，將載置於載置板91之狀態之GaN基板W搬入至熱處理裝置1之腔室6內(步驟S2)。具體而言，打開閘閥185，將搬送開口部66開放，利用裝置外部之搬送機器人經由搬送開口部66將載置有GaN基板W之載置板91搬入至腔室6內之熱處理空間65。此時，亦可打開閥84對腔室6內供給氮氣，使氮氣自搬送開口部66流出，將伴隨GaN基板W搬入之外部氣體之捲入抑制為最小限度。
由搬送機器人搬入之載置板91進入至保持部7之正上方位置而停止。然後，移載機構10之一對移載臂11自退避位置水平移動至移載動作位置而上升，藉此，頂起銷12穿過貫通孔79自基座74之保持板75之上表面突出，接收載置有GaN基板W之載置板91。此時，頂起銷12上升至較支持銷77之上端更靠上方。
於載置有GaN基板W之載置板91載置於頂起銷12後，搬送機器人自熱處理空間65退出，藉由閘閥185將搬送開口部66封閉。然後，藉由一對移載臂11下降，載置板91自移載機構10交接給保持部7之基座74，且以水平姿勢自下方保持。載置板91係由豎立設置於保持板75上之複數個支持銷77支持，保持於基座74。又，使注入有p型摻雜劑之GaN基板W之表面朝向頂面，將載置板91保持於保持部7。於由複數個支持銷77支持之載置板91之背面(與載置GaN基板W相反側之面)與保持板75之保持面75a之間形成特定之間隔。下降至基座74之下方之一對移載臂11藉由水平移動機構13退避至退避位置、即凹部62之內側。
又，藉由閘閥185將搬送開口部66封閉，使熱處理空間65成為密閉空間後，於腔室6內形成包含氮及氫之氣氛(步驟S3)。此處，本發明中之所謂包含氮及氫之氣氛係指包含作為元素之氮及氫。即，包含氮及氫之氣氛亦可不必包含分子之氮(N2
)及氫(H2
)。於本實施形態中，打開閥84自處理氣體供給源85向熱處理空間65供給氨(NH3
)作為處理氣體。氨包含作為元素之氮及氫。又，打開閥89自氣體排氣孔86排出腔室6內之氣體。藉此，自腔室6內之熱處理空間65之上部供給之處理氣體流向下方，自熱處理空間65之下部排出，腔室6內被置換成氨氣氛。形成於腔室6內之氨氣氛中之氨濃度可設為適宜值，例如亦可為100%。再者，為了提高置換效率，亦可將腔室6內暫時減壓至未達大氣壓後向腔室6內供給氨。
於腔室6內形成氨氣氛後，鹵素加熱部4之40根鹵素燈HL一同地點亮，開始進行預加熱(輔助加熱)(步驟S4)。自鹵素燈HL出射之鹵素光透過由石英形成之下側腔室窗64及基座74，照射至載置有GaN基板W之載置板91之下表面。載置板91因由SiC形成，故良好地吸收自鹵素燈HL出射之光而升溫。然後，藉由來自已升溫之載置板91之導熱，將GaN基板W進行預加熱。再者，移載機構10之移載臂11已退避至凹部62之內側，故而不阻礙鹵素燈HL進行之加熱。
於進行鹵素燈HL之預加熱時，載置GaN基板W之載置板91之溫度由放射溫度計20來測定。即，放射溫度計20通過透明窗21接收自保持於基座74之載置板91之下表面經由開口部78放射之紅外光，測定升溫中之載置板91之溫度。測定所得之載置板91之溫度傳遞至控制部3。控制部3一面監控因來自鹵素燈HL之光照射而升溫之載置板91之溫度是否達到目標溫度T1，一面控制鹵素燈HL之輸出。即，控制部3基於放射溫度計20之測定值，以載置板91之溫度成為目標溫度T1之方式，反饋控制鹵素燈HL之輸出。目標溫度T1為900℃以上1000℃以下。
於載置板91之溫度達到目標溫度T1後，控制部3以載置板91之溫度維持該目標溫度T1之方式，調整鹵素燈HL之輸出。具體而言，於由放射溫度計20測定之載置板91之溫度達到目標溫度T1之時間點，控制部3調整鹵素燈HL之輸出，將載置板91之溫度大致維持於目標溫度T1。藉由來自鹵素燈HL之光照射而將載置板91維持於目標溫度T1，藉此，藉由來自載置板91之導熱而將GaN基板W均勻地預加熱。
於載置板91之溫度達到目標溫度T1後經過特定時間之時間點，自閃光加熱部5之閃光燈FL對GaN基板W之表面進行閃光照射(步驟S5)。此時，自閃光燈FL放射之閃光之一部分直接朝向腔室6內，其他一部分被反射器52暫時反射後朝向腔室6內，利用該等閃光照射而進行GaN基板W之閃光加熱。
閃光加熱係利用來自閃光燈FL之閃光(flash light)照射來進行，所以可使GaN基板W之表面溫度以短時間上升。即，自閃光燈FL照射之閃光係預先儲存於電容器中之靜電能量被轉換成極短之光脈衝且照射時間為0.1毫秒以上100毫秒以下程度之極短且強之閃光。然後，因來自閃光燈FL之閃光照射，注入有p型摻雜劑之GaN基板W之表面瞬間升溫至處理溫度T2後，急速地降溫。處理溫度T2高於上述目標溫度T1，且為1400℃以上。藉由將GaN基板W之表面瞬間加熱至處理溫度T2，而使被注入之p型摻雜劑活化。再者，摻雜劑活化所需之時間極短，因此即使是短時間之閃光加熱，亦足以使摻雜劑活化。
已知當將氮化鎵加熱至高溫時，氮相對容易脫離。因此，例如嘗試了藉由於氮化鎵之表面設置覆蓋層而防止氮脫離。於本實施形態中，藉由將照射時間極短之閃光照射至GaN基板W而將GaN基板W之表面自目標溫度T1閃光加熱至處理溫度T2，因此，GaN基板W變成高溫之時間較短，從而可將此種氮脫離抑制為最小限度。又，即使氮略微脫離，亦因於氨氣氛中(即，於包含氮之氣氛中)將GaN基板W自目標溫度T1閃光加熱至處理溫度T2，而可一面自氣氛中補充脫離之氮，一面進行加熱處理。其結果，無需設置覆蓋層等，便可防止GaN基板W缺乏氮，從而提高p型摻雜劑之活化效率。
又，於本實施形態中，因於氨氣氛中(即，於包含氫之氣氛中)將GaN基板W進行閃光加熱，故可一面對GaN中供給氫一面進行加熱處理。藉此，可使注入至GaN基板W之p型摻雜劑以高效率活化。
進而，於本實施形態中，藉由閃光加熱將GaN基板W之表面加熱至1400℃以上之高溫。藉此，摻雜劑注入時產生之GaN基板W之結晶缺陷恢復，藉此，亦可提高p型摻雜劑之活化效率。
於藉由閃光加熱使p型摻雜劑活化後，置換腔室6內之氣氛(步驟S6)。具體而言，關閉閥84，並且打開閥89，將腔室6內之氨氣氛排出，將腔室6內減壓至未達大氣壓後，打開閥84向腔室6內供給氮。藉此，將腔室6內自氨氣氛置換成作為惰性氣體之氮氣氛。
其後，因鹵素燈HL亦熄滅，故GaN基板W及載置板91急速地降溫。降溫中之載置板91之溫度由放射溫度計20測定，且將該測定結果傳遞至控制部3。控制部3基於放射溫度計20之測定結果，監控載置板91之溫度係否降溫至特定溫度。然後，於載置板91之溫度降溫至特定以下後，移載機構10之一對移載臂11再次自退避位置水平移動至移載動作位置後上升，藉此，頂起銷12自基座74之上表面突出，自基座74接收載置有熱處理後之GaN基板W之載置板91。然後，打開被閘閥185封閉之搬送開口部66，藉由裝置外部之搬送機器人將載置於頂起銷12上之載置板91搬出，從而熱處理裝置1中之GaN基板W之加熱處理結束(步驟S7)。
於本實施形態中，於包含氮及氫之氣氛中照射閃光，而將注入有p型摻雜劑之GaN基板W之表面閃光加熱至1400℃以上之高溫。藉此，可防止加熱處理時GaN基板W缺乏氮。又，可一面向GaN基板W供給氫一面進行加熱處理。進而，可使GaN基板W中存在之結晶缺陷恢復。於是，作為該等之結果，可使注入至GaN基板W之p型摻雜劑以高效率活化，從而可製造高品質之p型氮化鎵系半導體。
又，無需設置用以防止氮自GaN基板W脫離之覆蓋層等之工序，從而可削減製造成本。
以上，已對本發明之實施形態進行說明，但本發明可於不脫離其主旨之範圍內就上述內容以外進行各種變更。例如，於上述實施形態中，於氨氣氛中進行了GaN基板W之閃光加熱，但並不限於此，亦可於作為氫與氮之混合氣體之合成氣體氣氛中照射閃光，進行GaN基板W之閃光加熱。合成氣體氣氛亦為包含作為元素之氮及氫之氣氛。因此，藉由於合成氣體氣氛中照射閃光，將GaN基板W進行閃光加熱，便可獲得與上述實施形態相同之效果，從而可使p型摻雜劑以高效率活化。再者，合成氣體中之氫濃度最大為4%。總而言之，只要於包含氮及氫之氣氛中對GaN基板W照射閃光，加熱GaN基板W即可。
又，GaN基板W之尺寸不限於直徑約50 mm，例如亦可為直徑約100 mm(4英吋)。
又，載置板91之材質並不限於碳化矽，例如亦可為矽(Si)。然而，若於閃光加熱時將GaN基板W加熱至1400℃以上之高溫，則矽(熔點1414℃)載置板91有熔融之顧慮，故而載置板91較佳為由碳化矽(熔點2730℃)形成。
又，於上述實施形態中，閃光加熱部5中具備30根閃光燈FL，但並不限於此，閃光燈FL之根數可設為任意數。又，閃光燈FL不限於氙氣閃光燈，亦可為氪氣閃光燈。又，鹵素加熱部4中配備之鹵素燈HL之根數亦不限於40根，可設為任意數。
又，於上述實施形態中，使用燈絲方式之鹵素燈HL作為連續發光1秒以上之連續點亮燈來進行GaN基板W之預加熱，但不限於此，亦可使用放電型之電弧燈(例如氙氣電弧燈)代替鹵素燈HL作為連續點亮燈來進行預加熱。
1‧‧‧熱處理裝置
3‧‧‧控制部
4‧‧‧鹵素加熱部
5‧‧‧閃光加熱部
6‧‧‧腔室
7‧‧‧保持部
10‧‧‧移載機構
11‧‧‧移載臂
12‧‧‧頂起銷
13‧‧‧水平移動機構
14‧‧‧升降機構
20‧‧‧放射溫度計
21‧‧‧透明窗
43‧‧‧反射器
51‧‧‧殼體
52‧‧‧反射器
53‧‧‧燈光放射窗
61‧‧‧腔室側部
61a‧‧‧貫通孔
62‧‧‧凹部
63‧‧‧上側腔室窗
64‧‧‧下側腔室窗
65‧‧‧熱處理空間
66‧‧‧搬送開口部
68‧‧‧反射環
69‧‧‧反射環
71‧‧‧基台環
72‧‧‧連結部
74‧‧‧基座
75‧‧‧保持板
75a‧‧‧保持面
76‧‧‧導環
77‧‧‧支持銷
78‧‧‧開口部
79‧‧‧貫通孔
81‧‧‧氣體供給孔
82‧‧‧緩衝空間
83‧‧‧氣體供給管
84‧‧‧閥
85‧‧‧處理氣體供給源
86‧‧‧氣體排氣孔
87‧‧‧緩衝空間
88‧‧‧氣體排氣管
89‧‧‧閥
91‧‧‧載置板
185‧‧‧閘閥
190‧‧‧排氣部
191‧‧‧氣體排氣管
192‧‧‧閥
FL‧‧‧閃光燈
HL‧‧‧鹵素燈
W‧‧‧GaN基板
圖1係表示實施本發明之熱處理方法時使用之熱處理裝置之構成之縱剖視圖。
圖2係表示保持部之整體外觀之立體圖。
圖3係基座之俯視圖。
圖4係基座之剖視圖。
圖5係移載機構之俯視圖。
圖6係移載機構之側視圖。
圖7係表示複數個鹵素燈之配置之俯視圖。
圖8係表示本發明之p型氮化鎵系半導體之製造方法之順序之流程圖。
圖9係表示GaN基板載置於載置板之狀態之圖。
Claims (6)
- 一種p型氮化鎵系半導體之製造方法，其特徵在於具備： 注入工序，其係向氮化鎵基板注入p型摻雜劑；及 加熱工序，其係於包含氮及氫之氣氛中以未達1秒之照射時間向上述基板照射閃光，加熱上述基板。
- 如請求項1之p型氮化鎵系半導體之製造方法，其中 上述包含氮及氫之氣氛為氨氣氛。
- 如請求項1之p型氮化鎵系半導體之製造方法，其中 上述包含氮及氫之氣氛為合成氣體氣氛。
- 一種熱處理方法，其特徵在於具備： 搬入工序，其係將注入有p型摻雜劑之氮化鎵基板搬入至腔室內； 氣氛形成工序，其係於上述腔室內形成包含氮及氫之氣氛；及 光照射工序，其係以未達1秒之照射時間向上述基板照射閃光，加熱上述基板。
- 如請求項4之熱處理方法，其中 上述包含氮及氫之氣氛為氨氣氛。
- 如請求項4之熱處理方法，其中 上述包含氮及氫之氣氛為合成氣體氣氛。
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